(57)【要約】【課題】所望の部分のみに封止材を付着等させ確実な封止を効率よく行うことができる静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び静電デバイス並びにそれらの製造方法を得、封止材を所定の部分に付着させるために用いる適切なマスクを得る。【解決手段】個別電極１２を有する電極基板１０又は個別電極１２と距離をおいて対向し、個別電極１２との間で発生した静電気力により動作する可動電極である振動板２２を有するキャビティ基板２０の一方に、個別電極１２と振動板２２との間で形成される空間を外気と遮断する封止材２５を所望範囲内に形成するための貫通溝穴２６を形成する工程と、貫通溝穴２６部分を開口したマスク２００を、電極基板１０とキャビティ基板２０とを接合した接合基板に取り付ける工程と、貫通溝穴２６から封止材２５を封入して接合基板に封止部を形成する工程とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極を有する第１の基板、又は前記固定電極と距離をおいて対向し、前記固定電極との間で発生した静電気力により動作する可動電極を有する第２の基板の一方に、前記固定電極と前記可動電極との間で形成される空間を外気と遮断する封止材を所望範囲内に形成するための貫通溝穴を形成する工程と、
前記貫通溝穴部分を開口したマスク基板を前記第１の基板と前記第２の基板とを接合した前記接合基板に取り付ける工程と、
前記貫通溝穴から前記封止材を封入して前記接合基板に封止部を形成する工程と
を有することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
前記マスク基板を前記接合基板に取り付ける工程の前に、シリコンからなる前記接合基板の前記マスク基板と接する面及び前記マスク基板に対し、
前記接合基板及び前記マスク基板の互いに接する面をＯ2 プラズマ法により洗浄する工程をさらに有することを特徴とする請求項１記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
前記マスク基板を前記接合基板に取り付ける工程の前に、シリコンからなる前記接合基板の前記マスク基板と接する面及び前記マスク基板に対し、
前記接合基板の前記マスク基板と接する面をＯ2 プラズマ法により洗浄し、前記マスク基板の前記接合基板と接する面をアンモニア過水により洗浄する工程をさらに有することを特徴とする請求項１記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
前記アンモニア過水の代わりに、硫酸過水により前記マスク基板の前記接合基板と接する面を洗浄することを特徴とする請求項３記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
前記接合基板の前記マスク基板と接する面、前記マスク基板の前記接合基板と接する面の少なくとも一方の面に微小の凹凸をもたせることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
ＣＶＤ法により前記封止材を封入することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
スパッタ法により前記封止材を封入することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法を適用して液滴吐出ヘッドを製造することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造することを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法を適用してデバイスを製造することを特徴とする静電デバイスの製造方法。
【請求項１１】
固定電極を有する第１の基板と前記固定電極と距離をおいて対向し、前記固定電極との間で発生した静電気力により動作する可動電極を有する第２の基板とを有する静電アクチュエータの、前記固定電極と前記可動電極との間で形成される空間を外気と遮断する封止材を所望範囲内に形成するための貫通溝穴に対応する開口部分を有するマスク基板。
【請求項１２】
シリコンを材料とすることを特徴とする請求項１１記載のマスク基板。
【請求項１３】
前記静電アクチュエータと接する面に、前記静電アクチュエータに形成されている凹部と外部とを連通させるための連通溝を有することを特徴とする請求項１１又は１２記載のマスク基板。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のマスク基板の前記開口部分を、基板をエッチングして形成することを特徴とするマスク基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細加工素子において、加わった力により可動部が変位等し、動作等を行う静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド等の静電デバイス、そのデバイスを用いた装置、それらの製造方法に関するものである。特に微細加工素子で行われる封止に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばシリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）が急激な進歩を遂げている。微細加工技術により形成される微細加工素子の例としては、例えば液滴吐出方式のプリンタのような記録（印刷）装置で用いられている液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）、マイクロポンプ、光可変フィルタ、モータのような静電アクチュエータ、圧力センサ等がある。
【０００３】
ここで、微細加工素子の一例として静電アクチュエータである液滴吐出ヘッドについて説明する。液滴吐出方式の記録（印刷）装置は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野の印刷に利用されている。液滴吐出方式とは、例えば複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドを対象物（紙等）との間で相対移動させ、対象物の所定の位置に液滴を吐出させて印刷等をするものである。この方式は、液晶（Liquid Crystal）を用いた表示装置を作製する際のカラーフィルタ、有機化合物等の電界発光（ElectroLuminescence ）素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ）、ＤＮＡ、タンパク質等、生体分子のマイクロアレイ等の製造にも利用されている。
【０００４】
液滴吐出ヘッドの中で、液体をためておく吐出室を流路の一部に備え、吐出室の少なくとも一面の壁（ここでは、底部の壁とし、以下、この壁のことを振動板ということにする）を撓ませて（動作させて）形状変化により吐出室内の圧力を高め、連通するノズルから液滴を吐出させる方法がある。可動電極となる振動板を変位させる力として、例えば、振動板と距離を空けて対向する、電極（固定電極）との間に発生する静電気力（静電引力を用いることが多い）を利用している。
【０００５】
ここで、上記のような静電力を利用した静電アクチュエータにおいて、可動電極（液滴吐出ヘッドでは振動板）と固定電極の間に、それらの少なくとも一方の表面に水分等が付着すると、水等の極性分子が帯電する等の原因で静電吸引特性が低下するおそれがある。さらに、極性分子が相互に水素結合し、可動電極が固定電極に貼り付いてしまい、動作不能となることがある。したがって、可動電極と固定電極の周囲を外気と遮断することが望ましい。ここで、土台となる基板同士を接合することで、可動電極と固定電極の周囲をほとんど塞ぐことはできるが、完全に塞いでしまうと外部から個別電極に電力（電荷）を供給することが困難となるため、一部に電極取り出しをおこなうための開口部分を設ける。そして、基板により塞ぐことができないこの開口部分には、電気的接続を確保しつつ、封止材（封止部材）等により開口部分を塞ぎ、気密封止を行い、水分等の侵入を阻止している（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、開口部分を封止材により封止して気密封止を行う場合、例えば、その形成の過程で、封止材が、本来封止を必要としない、例えば他の基板と接合する部分、取り出された電極の端子となる部分に付着してしまうと、他の基板との接合、電力供給手段との電気的接続を邪魔し、接合不良、接続不良を起こしてしまう。そのため、これらの不良を防止するために、封止材を除去する工程をさらに行わなければならない。除去工程では、封止材の削り取り、洗浄等を行うが、これにより、発塵等の異物発生の可能性が高くなるし、時間的にも効率が悪くなる。
【０００８】
そこで、本発明はこのような問題を解決するため、所望の部分のみに封止材を付着等させ確実な封止を効率よく行うことができる静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び静電デバイス並びにそれらの製造方法を得ることを目的とする。さらに、封止材を所定の部分に付着させるために用いる適切なマスク基板を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、固定電極を有する第１の基板、又は固定電極と距離をおいて対向し、固定電極との間で発生した静電気力により動作する可動電極を有する第２の基板の一方に、固定電極と可動電極との間で形成される空間を外気と遮断する封止材を所望範囲内に形成するための貫通溝穴を形成する工程と、貫通溝穴部分を開口したマスク基板を第１の基板と第２の基板とを接合した接合基板に取り付ける工程と、貫通溝穴から封止材を封入して接合基板に封止部を形成する工程とを有する。
本発明によれば、貫通溝穴を封止部として設け、貫通溝穴を壁とし、他の部分をマスク基板でマスクして、所望の範囲内に第１の基板と第２の基板とにわたる封止材を形成するようにしたので、例えば、封止材料をスパッタ等により堆積させて封止材を形成する際、本来、封止材料を付着させるべきでない固定電極と外部の電力供給手段との接点への付着を防ぐことができ、接続不良の防止等をはかり、確実な封止を行い、長寿命化をはかることができる。
【００１０】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、マスク基板を接合基板に取り付ける工程の前に、シリコンからなる接合基板のマスク基板と接する面及びマスク基板に対し、接合基板及びマスク基板の互いに接する面をＯ2 プラズマ法により洗浄する工程をさらに有する。
本発明によれば、接合基板及びマスク基板の互いに接する面をＯ2 プラズマ法により洗浄してからマスク基板を接合基板に取り付けるようにしたので、互いに接する面が水素結合により密着して封止工程の際の封止材料の回り込みを防ぐことができる。
【００１１】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、マスク基板を接合基板に取り付ける工程の前に、シリコンからなる接合基板のマスク基板と接する面及びマスク基板に対し、接合基板のマスク基板と接する面をＯ2 プラズマ法により洗浄し、マスク基板の接合基板と接する面をアンモニア過水により洗浄する工程をさらに有する。
本発明によれば、接合基板及びマスク基板の互いに接する面について、マスク基板側をアンモニア過水により洗浄し、接合基板側は液体が空間等に入り込まないようにＯ2 プラズマ法により洗浄するようにしたので、互いに接する面が水素結合により密着して封止工程の際の封止材料の回り込みを防ぐことができる。
【００１２】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、アンモニア過水の代わりに、硫酸過水によりマスク基板の接合基板と接する面を洗浄する。
本発明によれば硫酸過水でもアンモニア過水と同様に互いに接する面を水素結合により密着させて封止工程の際の封止材料の回り込みを防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、接合基板のマスク基板と接する面、マスク基板の接合基板と接する面の少なくとも一方の面に微小の凹凸をもたせる。
本発明によれば、微小の凹凸を持たせて接触面積を少なくするようにしたので、水素結合が強力過ぎず、封止工程後、接合基板とマスク基板とを容易に引き離すことができる。
【００１４】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、ＣＶＤ法により封止材を封入する。
本発明によれば、一般的に用いられているＣＶＤ法により容易に封止材を堆積させ封入することができる。
【００１５】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、スパッタ法により封止材を封入する。
本発明によれば、一般的に用いられているスパッタ法により容易に封止材を堆積させ封入することができる。
【００１６】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の静電アクチュエータの製造方法を適用して液滴吐出ヘッドを製造する。
本発明によれば、所望の範囲内において封止部を形成し、確実な封止を行うことができるので、長寿命の液滴吐出ヘッドを製造することができる。
【００１７】
また、本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造する。
本発明によれば、貫通溝穴に封止材を封入し、確実な封止部を形成した液滴吐出ヘッドを用いているので、長寿命の液滴吐出装置を製造することができる。
【００１８】
また、本発明に係る静電デバイスの製造方法は、上記の静電アクチュエータの製造方法を適用して静電デバイスを製造する。
本発明によれば、貫通溝穴に封止材を封入し、確実な封止部を形成した静電アクチュエータを用いているので、長寿命の静電デバイスを製造することができる。
【００１９】
また、本発明に係るマスク基板は、固定電極を有する第１の基板と固定電極と距離をおいて対向し、固定電極との間で発生した静電気力により動作する可動電極を有する第２の基板とを有する静電アクチュエータの、固定電極と可動電極との間で形成される空間を外気と遮断する封止材を所望範囲内に形成するための貫通溝穴に対応する開口部分を有する。
本発明によれば、貫通溝穴に対応する開口部分を有するようにしたので、選択的に封止材を形成できるマスクを得ることができる。
【００２０】
また、本発明に係るマスク基板はシリコンを材料とする。
本発明によれば、マスク基板はシリコンを材料としたので、エッチングプロセスによって開口部分の位置、大きさ等を高い精度で容易に形成することができる。
【００２１】
また、本発明に係るマスク基板は、静電アクチュエータと接する面に、静電アクチュエータに形成されている凹部と外部とを連通させるための連通溝を有する。
本発明によれば、静電アクチュエータと接する面に連通溝を有するようにしたので、静電アクチュエータに形成されている凹部が吸盤のようになって吸着してしまうのを防ぐことができ、接合基板とマスク基板とを容易に引き離すことができる。
【００２２】
また、本発明に係るマスク基板の製造方法は、上記のようなマスク基板の開口部分を、基板をエッチングして形成することを特徴とするマスク基板の製造方法。
本発明によれば、エッチングによりマスク基板の開口部分を形成することで、所望の位置に、大きさに開口部分を有するマスク基板を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。図１では液滴吐出ヘッドの一部を示している。本実施の形態では、例えば静電方式で駆動する静電アクチュエータを用いるデバイスの代表として、フェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドについて説明する。（なお、構成部材を図示し、見やすくするため、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を下として説明する）。
【００２４】
図１に示すように本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドは、電極基板１０、キャビティ基板２０及びノズル基板３０の３つの基板が下から順に積層されて構成される。ここで本実施の形態では、電極基板１０とキャビティ基板２０とは陽極接合により接合する。また、キャビティ基板２０とノズル基板３０とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合する。
【００２５】
第１の基板となる電極基板１０は、厚さ約１ｍｍの例えばホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス等の基板を主要な材料としている。本実施形態では、ガラス基板とするが、例えば単結晶シリコンを基板とすることもできる。電極基板１０の表面には、後述するキャビティ基板２０の吐出室２１となる凹部に合わせ、例えば深さ約０．３μｍを有する複数の凹部１１が形成されている。そして、凹部１１の内側（特に底部）に、キャビティ基板２０の各吐出室２１（振動板２２）と対向するように固定電極となる個別電極１２が設けられ、さらにリード部１３及び端子部１４が一体となって設けられている（以下、特に区別する必要がない限り、これらを合わせて個別電極１２として説明する）。振動板２２と個別電極１２との間には、振動板２２が撓む（変位する）ことができる一定のギャップ（空隙）が凹部１１により形成されている。個別電極１２は、例えばスパッタ法により、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）を０．１μｍの厚さで凹部１１の内側に成膜することで形成される。電極基板１０には、他にも外部のタンク（図示せず）から供給された液体を取り入れる流路となる液体取り入れ口１５となる貫通穴が設けられている。
【００２６】
第２の基板となるキャビティ基板２０は、例えば表面が（１００）面方位（（１１０）面方位でもよい）のシリコン単結晶基板（以下、シリコン基板という）を主要な材料としている。キャビティ基板２０には、吐出させる液体を一時的にためる吐出室２１となる凹部（底壁が可動電極となる振動板２２となっている）及び後述するように封止材２５をリード部１３の直上部分に堆積し、封止部２６ａを形成するための貫通溝穴２６が形成されている。さらに、キャビティ基板２０の下面（電極基板１０と対向する面）には、振動板２２と個別電極１２との間を電気的に絶縁するためのＴＥＯＳ膜（ここでは、Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン（珪酸エチル）を用いてできるＳｉＯ2 膜をいう）である絶縁膜２３をプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：ＴＥＯＳ−ｐＣＶＤともいう）法を用いて、０．１μｍ成膜している。ここでは絶縁膜２３をＴＥＯＳ膜としているが例えばＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））を用いてもよい。また、各吐出室２１に液体を供給するリザーバ（共通液室）３１となる凹部が形成されている。さらに、外部の電力供給手段（図示せず）から基板（振動板２２）に個別電極７と反対の極性の電荷を供給する際の端子となる共通電極端子２７を備えている。そして、吐出室５とリザーバ７とを連通させるための溝となるオリフィス２９が設けられている。
【００２７】
ノズル基板３０についても、例えばシリコン基板を主要な材料とする。ノズル基板３０には、複数のノズル孔３１が形成されている。各ノズル孔３１は、振動板２２の駆動により加圧された液体を液滴として外部に吐出する。ノズル孔３１を複数段で形成すると、液滴を吐出する際の直進性向上が期待できるため、本実施の形態ではノズル孔３１を２段で形成する。本実施の形態では、振動板２２が撓むことでリザーバ２８方向に加わる圧力を緩衝するダイヤフラム３２がさらに設けられている。
【００２８】
図２は液滴吐出ヘッドの断面図である。図２において、吐出室２１はノズル孔３１から吐出させる液体をためておく。吐出室２１の底壁である振動板２２を撓ませることにより、吐出室２１内の圧力を高め、ノズル孔３１から液滴を吐出させる。ここで、本実施の形態では、電極とすることができ、かつエッチング工程の際に都合がよい高濃度のボロンドープ層をシリコン基板に形成し、振動板２２を構成するものとする。
【００２９】
発振駆動回路４１は、ワイヤ、ＦＰＣ（Flexible Print Circuit）等の配線４２を介して電気的に端子部１４、共通電極端子２７と接続され、個別電極１２、キャビティ基板２０（振動板２２）に電荷（電力）の供給及び停止を制御する。発振駆動回路４１は例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極１２に０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。発振駆動回路４１が発振駆動することで、個別電極１２に電荷を供給して正に帯電させ、振動板２２を相対的に負に帯電させると、静電気力により個別電極１２に引き寄せられて撓む。これにより吐出室２１の容積は広がる。そして電荷供給を止めると振動板２２は元に戻るが、そのときの吐出室２１の容積も元に戻り、その圧力により差分の液滴が吐出する。この液滴が例えば記録対象となる記録紙に着弾することによって印刷等の記録が行われる。
また、封止材２５は、異物、水分（水蒸気）等がギャップに浸入しないように、ギャップを外気から遮断し、密閉するために設ける。
【００３０】
図３はキャビティ基板２０に設けられた貫通溝穴２６と電極基板１０上のリード部１３との関係の概念を表す図である。図３のように、本実施の形態では、リード部１３を露出させるための貫通溝穴２６をキャビティ基板２０に開口し、設ける。ここで、貫通溝穴２６の長手方向の幅については狭いほど小型化に寄与することができる。ただ、幅が狭すぎるとうまく堆積しない可能性があるため、１０μｍ〜２０μｍであることが望ましい。場合によっては、キャビティ基板２０の厚さによって加工時に制限を受けることがあるため（特に表面が（１００）面方位のシリコン基板の場合）、１０μｍ〜２０μｍに特に限定するものではない。確実な封止ができるのであれば、例えば３００μｍ（０．３ｍｍ）等の幅があってもよい。また、堆積する封止材２５として、ここでは絶縁性、気密封止能力が高く、洗浄等に用いる酸性、アルカリ性溶液に対して耐性を有する酸化シリコン（無機化合物）を用いるものとする。堆積した封止材２５の厚さは例えば、少ない部分でもギャップの幅（約０．１８μｍ）以上有するようにする。リザーバ基板３０との接合に影響しない範囲で、約２〜３μｍ又はそれ以上あることが望ましい。
【００３１】
そして、貫通溝穴２６の開口部分から、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ：化学的気相法）、（ＥＣＲ）スパッタ、蒸着等の方法により、電極基板１０のリード部１３部分からキャビティ基板２０に至る空間（ギャップの一部）に、封止材２５である酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）を堆積させ、封止部２６ａを形成し、ギャップを外気と遮断して、水分、異物等の侵入を防ぐ。ここでは、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）とするが、例えば、他にも例えばＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、Ｔａ2Ｏ5（五酸化タンタル）、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon ）、ポリパラキシリレン（polypalaxylylene）、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane：シリコーンゴムの一種）、エポキシ樹脂等の無機又は有機化合物等、例えば分子量が比較的小さく、蒸着、スパッタ等により堆積させることができ、水分を通さない物質を用いることができる。
【００３２】
従来、封止材２５は、凹部１１により電極基板１０とキャビティ基板２０との間で開口している部分（端子部１４の部分）にエポキシ樹脂を塗布し、硬化させて形成していた。しかし、エポキシ樹脂を用いる場合、毛細管現象等により個別電極１２と振動板２２との間にまで侵入しないように、リード部１３を十分長くする必要があり、小型化の阻害要因となっていた。そこで、ＳｉＯ2 等の封止材料を、蒸着、スパッタ等により開口部分に堆積させるという方法もあるが、電極取出し口２４となる空間は広いため、例えばマスク等を取り付けたとしても、材料が回り込み、電極取出し口２４の所定の部分だけに封止材２５を堆積させることは困難である。そのため、堆積させるべきでない部分に封止材２５が堆積、付着する場合がある。例えば、端子部１４と配線５２との接続部分に封止材２５が堆積等していると、端子部１４と配線５２とを電気的にうまく接続させることができず、接続不良（導通不良）が生じる可能性がある。
【００３３】
接続不良を防止するためには封止材料を除去する工程が余分に必要となるが、この工程は時間を費やすだけでなく、異物を発生させる原因ともなり、他の部材に影響を及ぼす。そこで、本実施の形態では、所望の箇所だけに封止材２５を選択的に堆積等させて封入し、効率よく封止部２６ａを形成することができるように、その箇所に合わせて貫通溝穴２６を開口する。これにより、貫通溝穴２６に対応する部分を開口したマスク（後述）を取り付け、貫通溝穴２６が周囲を囲む壁となり、所望の箇所（リード部１３直上）だけに封止材２５を堆積させ、封止部２６ａを形成する。
【００３４】
図４及び図５は第１の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。図４及び図５に基づいて液滴吐出ヘッド製造工程について説明する。なお、実際には、ウェハ単位で複数個分の液滴吐出ヘッドの部材を同時形成するが、図４及び図５ではその一部分だけを示している。
【００３５】
シリコン基板５１の片面（電極基板１０との接合面側となる）を鏡面研磨し、例えば２２０μｍの厚みの基板（キャビティ基板２０となる）を作製する。次に、シリコン基板５１のボロンドープ層５２を形成する面を、Ｂ2Ｏ3を主成分とする固体の拡散源に対向させ、縦型炉に入れてボロンをシリコン基板５１中に拡散させ、ボロンドープ層５２を形成する。そして、ボロンドープ層５２を形成した面に、プラズマＣＶＤ法により、成膜時の処理温度は３６０℃、高周波出力は２５０Ｗ、圧力は６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で絶縁膜２３を０．１μｍ成膜する（図４（ａ））。
【００３６】
電極基板１０については、上記（ａ）とは別工程で作製する。約１ｍｍのガラスの基板の一方の面に対し、エッチング等を行って約０．３μｍの深さの凹部１１を形成する。凹部１１の形成後、例えばスパッタリング法を用いて、０．１μｍの厚さの個別電極１２を同時に形成する。最後に液体取り入れ口１５となる穴をサンドブラスト法または切削加工により形成する。場合によっては、これにより、電極基板１０を作製する。そして、シリコン基板５１と電極基板１０を３６０℃に加熱した後、電極基板１０に負極、シリコン基板５１に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加し、陽極接合を行う（図４（ｂ））。
【００３７】
陽極接合後の接合を終えた基板（以下、接合基板という）に対し、シリコン基板５１の厚みが約６０μｍになるまでシリコン基板５１表面の研削加工を行う。その後、加工変質層を除去する為に、水酸化カリウム溶液でシリコン基板５１を約１０μｍ異方性ウェットエッチング（以下、ウェットエッチングという）を行う。これによりシリコン基板５１の厚みを約５０μｍにする（図４（ｃ））。
【００３８】
接合基板のウェットエッチングを行った面に対し、ＴＥＯＳによる酸化シリコンのハードマスク（以下、ＴＥＯＳハードマスクという）５３をプラズマＣＶＤ法により成膜する。成膜条件として、例えば、成膜時の処理温度は３６０℃、高周波出力は７００Ｗ、圧力は３３．３Ｐａ（０．２５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）とし、その条件で１．５μｍ成膜する。ＴＥＯＳを用いたプラズマＣＶＤ法の成膜は比較的低温で行うことができ、基板の加熱を抑えられる（図４（ｄ））。
【００３９】
ＴＥＯＳハードマスク５３を成膜した後、吐出室２１、リザーバ２８、貫通溝穴２６及び電極取出し口２４となる部分のＴＥＯＳハードマスク５３をエッチングするため、レジストパターニングを施す。そして、フッ酸水溶液を用いてＴＥＯＳハードマスク５３が無くなるまで、それらの部分をエッチングしてＴＥＯＳハードマスク５３をパターニングし、それらの部分について、シリコン基板５１を露出させる。そして、エッチングした後にレジストを剥離する（図４（ｅ））。ここで、例えば、面積の大きく、割れやすいい電極取出し口２４となる部分については、レジストの厚みを若干残しておき、後の工程で割れを防止するための厚みを残すようにするようにしてもよい。
【００４０】
次に、接合基板を３５ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室２１、貫通溝穴２６、電極取出し口２４となる部分の厚みが約１０μｍになるまで異方性ウェットエッチング（以下、ウェットエッチングという）を行う。さらに、接合基板を３ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ボロンドープ層５２が露出し、エッチングの進行が極度に遅くなるエッチングストップが十分効いたものと判断するまでウェットエッチングを続ける（図５（ｆ））。このように、２種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いたエッチングを行うことによって、吐出室２１となる部分に形成される振動板２２の面荒れを抑制厚み精度を高くすることができる。その結果、液滴吐出ヘッドの吐出性能を安定化させることができる。
【００４１】
ウェットエッチングを終了すると、接合基板をふっ酸水溶液に浸し、シリコン基板５１表面のＴＥＯＳハードマスク５３を剥離する。次に、貫通溝穴２６及び電極取出し口２４となる部分のボロンドープ層５２を除去するため、貫通溝穴２６及び電極取出し口２４となる部分が開口したシリコンマスクを、接合基板のシリコン基板５１側の表面に取り付ける。そして、例えば、ＲＦパワー２００Ｗ、圧力４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＣＦ4 流量３０ｃｍ3 ／ｍｉｎ（３０ｓｃｃｍ）の条件で、ＲＩＥドライエッチング（異方性ドライエッチング）を３０分間行い、貫通溝穴２６、電極取出し口２４となる部分のみにプラズマを当てて、開口する（図５（ｇ））。ここで、例えば接合基板とマスクとのアライメント精度を高めるため、シリコンマスクの装着は、接合基板とシリコンマスクとにピンを通すピンアライメントにより行うようにするとよい。ここでは、異方性ドライエッチングにより開口しているが、ピン等で突くことで、ボロンドープ層５２を壊してもよい。
【００４２】
図６は封止用マスク基板６０（以下、マスク６０という）及び接合基板の形状の概略を表す図である。図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれマスク６０が接合基板と接する面、側面を表す。また、図６（ｃ）は対応する接合基板（キャビティ基板２０）の上面を表す。ここでは、２列分についての概略形状を記載しているが、実際の基板（ウェハ）には、さらに多くの列が形成されており、各列における液滴吐出ヘッド（チップ）の数もさらに多い。
【００４３】
マスク６０の材料については特に限定するものではなく、クロム等の金属製で作製してもよいが、本実施の形態では、エッチングプロセスを用いて精度の高いマスクを容易に作製できるシリコンを材料とする。シリコン基板に対し、接合基板の貫通稿溝２６の部分に対応させてパターニングを行い、また、接合基板との接する側の面には接合基板に形成されている凹部に対応させてパターニングを行い、酸化シリコンのハードマスクを形成する。そして、例えばフッ酸水溶液等によりウェットエッチングを行い、開口部２１０及び大気開放溝２１１を形成する。ここではウェットエッチングにより開口部２１０及び大気開放溝２１１を形成しているが、例えばドライエッチングで形成するようにしてもよい。
【００４４】
以上のように、マスク６０において、貫通溝穴２６に対応する部分にはマスク開口部２１０が設けられている。ここで、マスク開口部６１の接合基板と接する面側の開口部分は、封止材２５がキャビティ基板２０表面（ノズル基板３０との接合面）に付着しないように、貫通溝穴２６の開口部分より小さくしておくことが望ましい。また、接合基板と接する面側には大気開放溝２１１が設けられている。大気開放溝６２は、マスク６０を装着することによって、凹部等とマスク６０とによってできる空間が完全に密閉状態にならないようにするため、空間と外部とを連通させる。マスク６０と接合基板とが密着してできる空間内の圧力が低いと、マスク６０が吸盤のようになり、接合基板に吸着してしまうのを防ぐためである。本実施の形態では、吐出室２１、リザーバ２８となる凹部及び電極取出し口２４となる開口部分について外部と連通させる。ここでは、列をなしている吐出室２１となる凹部が外部と連通するように、吐出室の２１の短手方向に沿って大気開放溝６２を形成する。吐出室２１となる凹部の長手方向に沿った大気開放溝６２を設けることも考えられるが、この場合、列をなす吐出室２１（ノズル）の数に比例して大気開放溝６２を設けなければならず、溝の数が多くなる。また、外部に連通する部分は、例えば封止材２５となる材料が凹部等に回り込まない部分に設けることが望ましい。
【００４５】
作製したマスク６０と接合基板のシリコン基板５１側の表面とをＯ2 プラズマ洗浄を行い、それぞれの表面を洗浄する。そして、この状態でマスク６０を、接合基板のシリコン基板５１側の表面に取り付ける。Ｏ2 プラズマ洗浄を行ったマスク６０と接合基板とは、水酸基（ＯＨ）による水素結合が行われることにより、少なくとも外周面において隙間を生じさせることなく、封止材２５となる材料の回り込みを防ぐ。ここでもマスク６０と接合基板との位置合わせはピンアライメントにより行うようにするとよい。そして、例えば、ＣＶＤ（ＴＥＯＳを用いたプラズマＣＶＤを含む）、スパッタ、蒸着等により、封止材２５を貫通溝穴２６に堆積させ、封止部２６ａを形成する（図５（ｈ））。堆積させる封止材２５の厚さについては、上述したように特に限定しないが、ギャップの幅が約０．２μｍであることから、最薄部分で約２〜３μｍ又はそれ以上、他の基板との接合に影響しない範囲で堆積できればよい。
【００４６】
封止が完了すると、例えば、さらに共通電極端子２７となる部分を開口したマスクを、接合基板のシリコン基板５１側の表面に取り付ける。そして、例えばプラチナ（Ｐｔ）をターゲットとしてスパッタ等を行い、共通電極端子２７を形成する。そして、あらかじめ別工程で作製していたノズル基板３０を、例えばエポキシ系接着剤により、接合基板のキャビティ基板２０側から接着し、接合する（図５（ｉ））。そして、ダイシングラインに沿ってダイシングを行い、個々の液滴吐出ヘッドに切断し、液滴吐出ヘッドが完成する。
【００４７】
以上のように実施の形態１によれば、キャビティ基板２０に貫通溝穴２６を設け、貫通溝穴２６を介して、リード部１３の直上部分だけに、例えばＳｉＯ2 （酸化シリコン）を封止材２５とする封止部２６ａを形成し、振動板２２と個別電極１２の対向部分にできる部分のギャップ（空隙）を外気と遮断するようにしたので、貫通溝穴２６が壁となって、選択された範囲（貫通溝穴の範囲）内で、堆積等により封止部２６ａを形成することで、より効率よく、確実な封止部２６ａの形成を行うことができる。また、封止部２６ａを形成する工程において、電極取出し口２４の部分は、マスク６０により、端子部１４には余分な封止材２５が付着しない。そのため、除去工程を行わなくても、配線等との間の電気的接続を損なうことなく、接続不良を防止することができる。スパッタ、ＣＶＤ、蒸着等により封止材２５を堆積させるようにしたので、確実に封止を行うことができ、また複数のウェハに対して一度に封止処理を行うことができ、製造の際に非常に効率がよい。
【００４８】
また、封止工程の際に用いるマスク６０については、シリコンを材料としたので、エッチングプロセスを用いて、開口位置、開口面積等において、精度の高いマスクを作製することができる。そして、マスク６０の接合基板と接する面に、大気開放溝６２を設けたので、マスク６０が接合基板の凹部と密着し、さらに吸着されてしまうのを防ぐことができる。さらに、マスク６０と接合基板とを、例えばＯ2 プラズマ洗浄を行うようにしたので、洗浄を行ってできたそれぞれの表面の水酸基により水素結合が行われて接合基板表面とマスク６０とが密着するため、封止材２５となる材料の回り込みを防ぐことができる。
【００４９】
実施の形態２．
上述の実施の形態では、マスク６０を、接合基板のシリコン基板５１側の表面に取り付ける前にマスク６０と接合基板とを共にＯ2 プラズマ洗浄を行ったが、これに限定するものではない。例えば、アンモニア過水（アンモニア、過酸化水素水を混ぜたアンモニア過酸化水素水の溶液。場合によっては水で希釈する）による洗浄（ＡＰＭ洗浄、ＳＣ１洗浄）、硫酸過水（硫酸及び過酸化水素水を混合した硫酸過酸化水素水の溶液）による洗浄（ＳＰＭ洗浄、ピラニア洗浄）等を行っても同様に、表面における水素結合を行わせることができる。
【００５０】
ただ、封止前の接合基板に対して、液体であるアンモニア過水、硫酸過水を用いて洗浄を行うと、液残り等により汚染される可能性がある。そのため、マスク６０のみをアンモニア過水、硫酸過水で洗浄するようにすることが望ましい。
【００５１】
実施の形態３．
上述の実施の形態では、マスク６０と接合基板とを水素結合させて、回り込みを防いでいる。しかしながら、マスク６０と接合基板とが共に平滑で、上述したような水素結合が表面全体に行われると、結合による力が強くなりすぎてマスク６０を接合基板から容易に取り外せなくなる。
【００５２】
そこで、適度に結合して回り込みを防ぎつつ、取り外しが容易に行えるように、マスク６０、接合基板の接合面の少なくともどちらか一方の表面を鏡面（鏡面研削）にせず、例えばブライトエッチ面に微小な凹凸を残し、接触（密着）面積を減らして力を弱めるようにしてもよい。また、封止材２５となる材料が入り込まないように、ウェハの外周部分とマスク開口部６１周辺だけが密着するようにしてもよい。
【００５３】
実施の形態４．
上述の実施の形態では、電極基板１０、キャビティ基板２０及びノズル基板３０の３つの基板が積層されて構成された液滴吐出ヘッドについて説明したがこれに限定されるものではない。例えば、吐出室とリザーバとをそれぞれ別の基板に形成し、積層した４層の基板で構成した液滴吐出ヘッドについても適用することができる。
【００５４】
実施の形態５．
図７は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置（プリンタ１００）の外観図である。また、図８は液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。図７及び図８の液滴吐出装置は液滴吐出方式（インクジェット方式）による印刷を目的とする。また、いわゆるシリアル型の装置である。図８において、被印刷物であるプリント紙１１０が支持されるドラム１０１と、プリント紙１１０にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１０２とで主に構成される。また、図示していないが、液滴吐出ヘッド１０２にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント紙１１０は、ドラム１０１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１０３により、ドラム１０１に圧着して保持される。そして、送りネジ１０４がドラム１０１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド１０２が保持されている。送りネジ１０４が回転することによって液滴吐出ヘッド１０２がドラム１０１の軸方向に移動するようになっている。
【００５５】
一方、ドラム１０１は、ベルト１０５等を介してモータ１０６により回転駆動される。また、プリント制御手段１０７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ１０４、モータ１０６を駆動させ、また、ここでは図示していないが、発振駆動回路を駆動させて振動板４を振動させ、制御をしながらプリント紙１１０に印刷を行わせる。
【００５６】
ここでは液体をインクとしてプリント紙１１０に吐出するようにしているが、液滴吐出ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ等）の基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に配線する用途においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッドをディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids ：デオキシリボ核酸）、他の核酸（例えば、Ribo Nucleic Acid：リボ核酸、Peptide Nucleic Acids：ペプチド核酸等）タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。
【００５７】
実施の形態６．
図９は本発明を利用した波長可変光フィルタを表す図である。上述の実施の形態は、液滴吐出ヘッドを例として説明したが、本発明は液滴吐出ヘッドだけに限定されず、他の微細加工による静電アクチュエータを利用した静電型のデバイスにも適用することができる。例えば、図１０の波長可変光フィルタは、ファブリ・ペロー干渉計の原理を利用し、可動鏡１２０と固定鏡１２１との間隔を変化させながら選択した波長の光を出力するものである。可動鏡１２０を変位させるためには、可動鏡１２０が設けられている、シリコンを材料とする可動体１２２を変位させる。そのために固定電極１２３と可動体１２２（可動鏡１２０）とを所定の間隔（ギャップ）で対向配置する。ここで、固定電極に電荷を供給するために固定電極端子１２４を取り出す。その際、可動体を有する基板と固定電極１２３を有する基板との間を封止材１２５により確実に気密封止するため、本発明のように、貫通溝穴１２６を設け、さらに別の基板で塞ぐことにより、封止を確実にする。
【００５８】
同様にモータ、センサ、ＳＡＷフィルタのような振動素子（レゾネータ）、波長可変光フィルタ、ミラーデバイス等、他の種類の微細加工のアクチュエータ、圧力センサ等のセンサ等にも上述の封止部の形成等を適用することができる。また、本発明は、静電方式のアクチュエータ等には特に有効であるが、他に基板間の小さな開口部分を封止する場合にも適用することができる。
【００５９】
実施の形態７．
上述の実施の形態では、固定された電極を有する基板の厚さの方が厚く、またガラス基板であることから、振動板２２等の可動する電極を有する基板の方に貫通溝穴２６を形成したが、特にこれに限定されるものではない。構成、プロセス等の上で形成しやすい方に貫通溝穴２６を形成するようにすればよい。また、上述の第１の実施の形態では、貫通溝穴２６は１つであったが、これに限定するものではなく、封止効果を損なわない範囲で、複数の貫通溝穴等を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。
【図２】液滴吐出ヘッドの断面図である。
【図３】貫通溝穴２６と電極基板１０上のリード部１３との関係を表す図である。
【図４】実施の形態１の液滴吐出ヘッドの製造工程（その１）を表す図である。
【図５】実施の形態１の液滴吐出ヘッドの製造工程（その２）を表す図である。
【図６】マスク６０及び接合基板の形状の概略を表す図である。
【図７】液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。
【図８】液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。
【図９】本発明を利用した波長可変光フィルタを表す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０  電極基板、１１  凹部、１２  個別電極、１３  リード部、１４  端子部、１５  液体取り入れ口、２０  キャビティ基板、２１  吐出室、２２  振動板、２３  絶縁膜、２４  電極取出し口、２５  封止材、２６  貫通溝穴、２７  共通電極端子、２８  リザーバ、２９  オリフィス、３０  ノズル基板、３１  ノズル孔、３２  ダイヤフラム、４１  発振駆動回路、４２  配線、５１  シリコン基板、５２  ボロンドープ層、５３  ＴＥＯＳハードマスク、６０  マスク、６１  マスク開口部、６２  大気開放溝、１００  プリンタ、１０１  ドラム、１０２  液滴吐出ヘッド、１０３  紙圧着ローラ、１０４  送りネジ、１０５  ベルト、１０６  モータ、１０７  プリント制御手段、１１０  プリント紙、１２０  可動鏡、１２１  固定鏡、１２２  可動体、１２３  固定電極、１２４  固定電極端子、１２５  封止材、１２６  貫通溝穴。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007111910.tif 000009
【図８】
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【図９】
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